đề thi VL hạt cơ bản

ĐỀ THI
Môn: Vật lý hạt cơ bản (SP368)
Học kì 1 – Năm học 2014-2015
Thời gian: 60 phút

ĐỀ 1
Câu 1: Hạt cơ bản là gì? Vì sao phải nghiên cứu vật lý hạt cơ bản? Nêu phương pháp nghiên cứu vật lý hạt cơ
bản. Thành tựu và thách thức của nghiên cứu vật lý hạt cơ bản hiện nay là gì? (2 điểm)
Câu 2: Trình bày mô hình chuẩn trong vật lý hạt cơ bản. (4 điểm)
Câu 3: Đối với mỗi phân rã liệt kê sau đây hãy chỉ ra định luật bảo toàn bị vi phạm (1 điểm)
a. n  p  e 
b. n     e 

Câu

1
(2đ)

2
(4đ)

3
(1đ)

NỘI DUNG ĐÁP ÁN
Nội dung
Định nghĩa: Hạt nhỏ nhất không thể phân chia được cho đến thời điểm xét
Nghiên cứu hạt cơ bản vì:
- Biết được cấu tạo thế giới vật chất, sự hình thành của vũ trụ
- Biết được bản chất tương tác của vật chất
Phương pháp NC hạt cơ bản:

- Lí thuyết: thông qua lí thuyết trường, lí thuyết nhóm
- Thực nghiệm: máy gia tốc
Thành tựu hiện nay:
- Mô hình chuẩn
- Hạt Higgs  khối lượng hạt cơ bản: Nobel 2013
- Thách thức: thống nhất các tương tác  chưa có lí thuyết hoàn chỉnh, chưa thực
nghiệm máy gia tốc ở thang năng lượng cao
Cơ sở mô hình chuẩn:
- Kết hợp cơ học lượng tử và thuyết tương đối
- Kết hợp tương tác mạnh, yếu và điện từ
Hai loại hạt cơ bản:
- Fermion: spin bán nguyên
- Boson: spin nguyên
Các loại hạt truyền tương tác:
- Tương tác điện từ: photon
- Tương tác yếu: boson W, Z
- Tương tác mạnh: gluon
- Tương tác hấp dẫn: graviton
Các loại hạt vật chất:
- Quark: u, d, s, t, b, c
- Lepton: e, , , e, , 
Lý thuyết về tương tác:
- Thống nhất tương tác điện từ và tương tác yếu
- Tương tác mạnh: thông qua thuyết sắc động lực học
Thành công của mô hình chuẩn:
- Thống nhất tương tác điện từ - yếu, mạnh
- Dự đoán và tìm ra các loại hạt mới.
Hạn chế:
- Có quá nhiều tham số trong mô hình
- Không mô tả tương tác hấp dẫn.

Nêu và chứng minh vi phạm bảo toàn lepton hoặc moment động lượng
Nêu và chứng minh vi phạm bảo toàn lepton hoặc số barion

Điểm
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,5
0,5

ĐỀ THI
Môn: Vật lý hạt cơ bản (SP368)
Học kì 1 – Năm học 2014-2015
Thời gian: 60 phút

ĐỀ 2
Câu 1: Hạt cơ bản là gì? Vì sao phải nghiên cứu vật lý hạt cơ bản? Nêu phương pháp nghiên cứu vật lý hạt cơ
bản. Thành tựu và thách thức của nghiên cứu vật lý hạt cơ bản hiện nay là gì? (2 điểm)
Câu 2: Trình bày lý thuyết sắc động lực học lượng tử trong vật lý hạt cơ bản. (4 điểm)
Câu 3: Đối với mỗi phân rã liệt kê sau đây hãy chỉ ra định luật bảo toàn bị vi phạm (1 điểm)
a. n  p   
b. n  p  

Câu

1
(2đ)

2
(4đ)

NỘI DUNG ĐÁP ÁN
Nội dung
Định nghĩa: Hạt nhỏ nhất không thể phân chia được cho đến thời điểm xét
Nghiên cứu hạt cơ bản vì:
- Biết được cấu tạo thế giới vật chất, sự hình thành của vũ trụ
- Biết được bản chất tương tác của vật chất
Phương pháp NC hạt cơ bản:

- Lí thuyết: thông qua lí thuyết trường, lí thuyết nhóm
- Thực nghiệm: máy gia tốc
Thành tựu hiện nay:
- Mô hình chuẩn
- Hạt Higgs  khối lượng hạt cơ bản: Nobel 2013
Thách thức: thống nhất các tương tác  chưa có lí thuyết hoàn chỉnh, chưa thực nghiệm máy
gia tốc ở thang năng lượng cao
Là lí thuyết mô tả tương tác mạnh:
- Hạt tham gia: hadron
- Bán kính tác dụng ngắn
- Thời gian tương tác: 10-24s 10-23s
- Hằng số tương tác: 1
Bất ổn mẫu quark:
- Số hạt hadron tạo thành từ quark quá ít so với thực tế
- Nhiều hạt bị vi phạm nguyên lý Pauli
- Lực gì giữa các quark tồn tại trạng thái cầm tù?
 đưa ra số lượng tử màu:
- đỏ (r), lục (g), lam (b)
~
g ), phản lam ( b )
- phản đỏ ( ~r ), phản lục ( ~
Hạt truyền tương tác: gluon (boson trung hòa) gồm 8 loại hạt:
~ ~
gr , ~
g r , br , bg
- ~r g , ~r b , ~
1 ~ ~
( r r  gg)
2
~

1 ~ ~
( r r  g g  2 b b)
6
Bản chất của tương tác mạnh: trao đổi gluon của quark
Quy tắc màu:
- Barion: 3 quark hay 3 phản quark khác màu ( q  q  q    )
- Meson: quark và phản quark cùng màu ( ~
q q )
 

3
(1đ)

Chứng minh và suy ra vi phạm bảo toàn năng lượng
Chứng minh và suy ra vi phạm bảo toàn điện tích

Điểm
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25

0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,5
0,5


Đồ thị kết quả môn học Vật lý hạt cơ bản
Số SV
20
15
10
5
W

0
F

D

D+ C

C+

B

B+

A

Điểm